A mikroszkopikusan kicsi robotrendszereknek eddig karok nélkül kellett boldogulniuk. Az ETH Zürich kutatói most kifejlesztettek egy ultrahanggal mozgatott üvegtűt, amelyet egy robotkarhoz lehet csatlakoztatni.

A miniatűr robotrendszerek a laboratóriumi diagnosztika céljára születtek, ezekben apró folyadékmennyiségek áramlanak át finom kapillárisokon. A mikrofluidikának vagy lab-on-a-chipnek nevezett megoldások külső szivattyúkat használnak a folyadék mozgatására. Ezeket a fejlesztéseket eddig nehéz volt automatizálni, és a chipeket minden egyes alkalmazáshoz külön meg kellett tervezni és legyártani. Daniel Ahmed, az ETH Zürich professzora által vezetett tudósok most a klasszikus robotikát és a mikrofluidikát ötvözték és egy olyan eszközt hoztak létre, amely ultrahanghullámokat használ és amelyet egy robotkarhoz lehet csatlakoztatni. Az új rendszer alkalmas számos mikrorobotikai és mikrofluidikai alkalmazáshoz, illetve az ilyen alkalmazások automatizálására.

Az eszköz egy vékony és hegyes üvegtűből és egy piezoelektromos átalakítóból áll, amely a tűt rezgésre készteti. Hasonló átalakítókat használnak például a hangszórókban, az ultrahangos képalkotásban vagy a professzionális fogtisztító berendezésekben is. Az üvegtű rezgési frekvenciája változtatható. Amennyiben a tűt folyadékba merítik, akkor az örvényekből álló háromdimenziós mintázatot hoz létre benne. A minta a rezgési frekvenciától függ és ennek megfelelően szabályozható.


A kutatók a megoldással számos alkalmazást tudtak demonstrálni. Először is, képesek voltak nagy viszkozitású folyadékok apró cseppjeit összekeverni. "Minél viszkózusabbak a folyadékok, annál nehezebb őket összekeverni. A mi módszerünk azonban jól teljesít, mert nemcsak örvényt hozhatunk létre, hanem hatékonyan keverhetjük a folyadékokat több erős örvényből álló, összetett háromdimenziós mintázattal" - magyarázta Ahmed. Másodszor képesek voltak folyadékot pumpálni egy minicsatorna-rendszeren keresztül azáltal, hogy az örvények meghatározott mintázatát hozták létre és a vibráló üvegtűt a csatorna falához közel helyezték.

Harmadszor pedig sikerült ultrahangos készülékükkel a folyadékban lévő finom részecskéket rögzíteniük. Ez azért lehetséges, mert a részecskék méretüktől függően különbözőképpen reagálnak a hanghullámokra. A viszonylag nagy részecskék a rezgő üvegtű felé mozognak, és rátapadnak. Ilyen módon nemcsak élettelen részecskék, hanem például halembriók is rögzíthetők, ahogy azt a tudósok kimutatták, de alkalmas biológiai sejtek befogására is a folyadékban.

"A mikroszkopikusan kicsi részecskék három térbeli dimenzióban történő befogása és máshol történő kibocsátása eddig kihívást jelentett. A mi mikrorobotikus karunk viszont megkönnyíti ezt. Eddig a klasszikus robotika és a mikrofluidika külön fejlődött. A munkánkkal hozzájárulunk ahhoz, hogy a két megközelítés közelebb kerüljön egymáshoz. Így a jövőben a mikrofluidikai rendszereket a mai robotikai rendszerekhez hasonlóan lehetne kialakítani: mindössze egyetlen készülékre van szükség, amely - megfelelően programozva - sokféleképpen használható. Keverés, szivattyúzás és részecskefogás - mindezt egyetlen eszközzel tudjuk elvégezni" - mutatott rá Ahmed.

Az előnyök között van, hogy a jövőben a mikrofluidikai chipeket nem kell majd minden egyes alkalmazáshoz külön kifejleszteni. Emellett a szakemberek ezután több üvegtűt szeretnének kombinálni, hogy még összetettebb örvénymintákat hozzanak létre a folyadékokban. A laboratóriumi analitikán kívül a professzor más alkalmazásokra is gondolt, például apró tárgyak szortírozására. Az is elképzelhető lenne, hogy a mini-robotkarokat a biotechnológiában használják a DNS egyes sejtekbe történő bejuttatására. Végül pedig az additív gyártásban és a 3D- nyomtatásban is felhasználható.